Supongamos que tengo un circuito de CC simple que consta de una batería de voltaje (no se supone resistencia interna), y una resistencia (resistencia ) conectados en serie por hilos conductores. Debido a que los cables se mantienen a una diferencia de potencial de V y a que tienen una capacitancia distinta de cero , el cable conectado al terminal positivo debe estar cargado positivamente con una carga (tal que ) y el cable negativo debe estar cargado negativamente con una carga .
Pero ahora suponga que a medida que el circuito opera y la corriente fluye a través de la resistencia, ponemos a tierra el cable negativo conectándolo a tierra (que podemos aproximar como un conductor infinitamente grande con una capacitancia infinitamente grande). Esta conexión significa que el cable negativo y la tierra intentarán alcanzar una configuración de carga tal que no haya diferencia de potencial entre la tierra y el cable negativo. Pero seguramente el hecho de que la tierra tenga una capacitancia virtualmente infinita significa que una cantidad virtualmente infinita de carga (y por lo tanto corriente) tendrá que extraerse de la batería para cargar la tierra al mismo potencial que el cable. Obviamente, esto no sucede, de lo contrario, el cable neutro en un enchufe doméstico no podría conectarse a tierra. Pero, ¿qué sucede realmente? ¿Cómo afecta la conexión a tierra del cable cargado negativamente la distribución de carga del circuito/sistema de tierra y por qué la gran capacitancia de la tierra no implica que se debe requerir una gran cantidad de carga para cargarlo hasta el potencial del cable negativo?
Hay una pregunta similar y una respuesta aquí Cargas superficiales en conductores conectados a tierra en circuitos y transferencia de energía; sin embargo, a pesar de leerlo, todavía no entiendo cómo la conexión a tierra del circuito no cambia la capacitancia del circuito.
¡Cualquier ayuda sobre este problema sería muy apreciada!
¿Cómo afecta la conexión a tierra del cable cargado negativamente la distribución de carga del circuito/sistema de tierra y por qué la gran capacitancia de la tierra no implica que se debe requerir una gran cantidad de carga para cargarlo hasta el potencial del cable negativo?
Tienes esto al revés. La pequeña cantidad de carga en el cable va a tierra para llevar el cable al mismo voltaje que la tierra. El potencial de la tierra casi no se ve afectado.
Una cosa que quizás no reconozca es que hay dos tipos de capacitancia que son importantes en este problema. Está la capacitancia entre los dos cables, esto se llama capacitancia mutua y creo que es lo que estabas describiendo. Sin embargo, también existe la llamada autocapacitancia. Esta es la capacitancia de cada cable con respecto a tierra. Entonces, antes de que el circuito esté conectado a tierra, puede pensarlo así:
La capacitancia mutua, C1, es pequeña, pero las autocapacitancias, C2 y C3, son aún más pequeñas. Tenga en cuenta que aunque no haya puesto a tierra el circuito deliberadamente, la autocapacitancia proporciona una conexión capacitiva inevitable a tierra.
Cuando conecta deliberadamente la tierra al cable, el circuito cambia para verse así:
Entonces todo lo que hace es provocar un cortocircuito en la diminuta cantidad de carga en C2. Todo lo demás permanece igual y solo la minúscula cantidad de carga en C2 necesita cambiar.
SalahLa Cabra
Valle
SalahLa Cabra